[發明專利]相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器

有效

• 申請號: 201811626077.4
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109728162B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 宋志棠;鄭龍;宋三年
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 佟婷婷

本發明提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器，相變薄膜包括：至少一層Ge?Sb?Te層；至少一層C層；至少一層界面層，界面層位于相鄰的Ge?Sb?Te層與C層之間并與二者相接觸，界面層的成分包括C摻雜的Ge?Sb?Te。本發明的界面層，通過誘導部分C原子擴散進入Ge?Sb?Te層納米層并取代Ge?Sb?Te層中的部分的Ge、Sb、Te元素，從而在界面形成有序、穩定的C摻雜Ge?Sb?Te結構。此外，體系仍然具有超晶格體系特點，從而可以基于其有效的調控得到的相變薄膜材料的相變性能，相變薄膜體系可調控出兩態或三態等的存儲特性，本發明所提供的超晶格結構相變薄膜可應用于相變存儲器中，具有結晶溫度可調、晶態電阻以及多態存儲等特點。

技術領域

本發明屬于相變存儲技術領域，特別是涉及一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器。

背景技術

隨著計算機的普及和大數據時代的到來，存儲器在半導體市場占據了重要地位。存儲器的研究一直穩步朝著高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向發展。Ge-Sb-Te系材料，如Ge₂Sb₂Te₅，是目前大家公認的研究最多、最為成熟的相變材料，極為符合商用存儲器的需求。

但是，Ge₂Sb₂Te₅等目前仍然有許多問題亟待解決，如熔點過高、結晶溫度和晶態電阻較低以及難以實現多態存儲等，使得其數據穩定性相對較差、存儲速率較慢、能耗較高，這些問題阻礙了其進一步的產業化。

因此，如何提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器以解決現有技術中的上述問題實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器，用于解決現有技術中相變材料薄膜相變溫度、結晶溫度、晶態電阻以及阻態穩定性等不理想以及難以實現多態存儲等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種相變薄膜，所述相變薄膜包括：

至少一層Ge-Sb-Te層；

至少一層C層；以及

至少一層界面層，所述界面層位于相鄰的所述Ge-Sb-Te層與所述C層之間并與二者相接觸，且所述界面層的成分包括C摻雜的Ge-Sb-Te。

作為本發明的一種可選方案，所述相變薄膜包括設置至少兩層C層以及設置至少兩層Ge-Sb-Te層中的至少一種，且所述C層與所述Ge-Sb-Te層交替排布。

作為本發明的一種可選方案，所述C摻雜的Ge-Sb-Te中包括C-Ge鍵、C-Sb鍵以及C-Te鍵；所述Ge-Sb-Te層包括Ge₂Sb₂Te₅層；所述相變薄膜在電脈沖作用下存在至少兩個穩定的電阻態。

作為本發明的一種可選方案，所述界面層相對于所述Ge-Sb-Te層的相對厚度基于所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度和與所述C層的厚度的比設置。

作為本發明的一種可選方案，所述C層的厚度介于0.2nm-2nm之間，所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和介于5nm-15nm之間，所述相變薄膜的厚度小于200nm。

作為本發明的一種可選方案，所述C層的厚度小于等于1nm，且所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和大于等于8nm，所述相變薄膜在電脈沖作用下存在兩個穩定的電阻態；或者，所述C層的厚度小于等于1nm，且所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和小于8nm，所述相變薄膜在電脈沖作用下存在三個穩定的電阻態。